Comment les rails sans soudure sont-ils soudés ?

À la base de soudage de Wuhan du dépôt de maintenance de Wuhan, Wuhan Railway Bureau Group Co., Ltd., chaque rail en acier subit une transformation remarquable. Des rails de cent-mètres transportés depuis les aciéries sont soumis à 17 processus méticuleux-y compris le soudage, le fraisage grossier, la normalisation, le fraisage de précision et la détection des défauts-avant d'être finalement forgés en rails sans soudure de 500-mètres de long.

 

Le soudage de rails sans soudure, bien qu'apparemment simple, représente une recherche extrême de précision, de résistance et de sécurité.

Depuis le début de cette année, la base de soudage des rails de Wuhan du dépôt de maintenance technique de Wuhan a réalisé plus de 600 km de soudage de rails sans soudure pour des projets tels que le tronçon Wuhan-Yiyang du chemin de fer à grande vitesse-du fleuve Yangtze et le chemin de fer à grande vitesse-Jingzhou-de Xiangyang. La capacité de soudage annuelle est passée de 1 500 à 1 800 kilomètres, grâce à l'intégration approfondie d'équipements intelligents et de systèmes numériques entraînant des progrès simultanés dans l'efficacité de la production et la qualité des produits.

 

La précision du soudage atteint le « niveau millimétrique »

Tout comme chaque personne possède une carte d'identité unique, chaque rail porte son propre « code-barres d'identité » distinctif. Ce code QR, imprimé à l'extrémité du rail, raconte toute son histoire. Avant le soudage, le personnel scanne le code-barres pour saisir les détails, complétant ainsi le « processus d'enregistrement » du rail. Des outils d'inspection spécialisés examinent ensuite minutieusement la forme du profil et la qualité de la surface du rail, garantissant que toutes les spécifications répondent aux normes avant le début du soudage.

Avant le soudage, les extrémités des rails doivent être soigneusement nettoyées. Une machine de détartrage automatique traite méticuleusement le champignon, le pied de rail et les faces d'extrémité, avec une profondeur de détartrage strictement contrôlée à moins de 0,2 millimètres, soit environ l'épaisseur de deux feuilles de papier d'imprimante standard. Une profondeur trop faible compromet la qualité de la soudure, tandis qu'une profondeur excessive endommage le corps du rail.

Le soudage constitue l’étape la plus critique de l’ensemble du processus. Avant de positionner les rails sur la machine de soudage bout à bout par étincelage fixe, les extrémités des deux rails doivent être alignées avec précision, avec des écarts verticaux et horizontaux ne dépassant pas 0,2 millimètres. Xu Tengfei, contremaître de la section de soudage des rails, explique que les rails sans soudure doivent résister à d'immenses forces centrifuges lors des virages à grande vitesse-et supporter des centaines de tonnes de contraintes thermiques dues aux fluctuations saisonnières de température. Tout défaut infime au niveau d’un point de soudure pourrait être amplifié indéfiniment lors d’un fonctionnement prolongé. Après l'alignement des extrémités, des dizaines de milliers d'ampères de courant traversent le joint, chauffant instantanément les extrémités du rail à plus de 1 000 degrés Celsius. Une pression énorme comprime alors de force le métal en fusion. Bien que l'ensemble du processus de soudage ne prenne que deux minutes environ, il implique sept étapes contrôlées avec précision, notamment le préchauffage, le brûlage et le forgeage.

La collaboration homme-machine augmente l'efficacité de 15,4 %

Après le soudage, des cordons de soudure saillants restent au niveau du joint de rail, ce qui nécessite un traitement supplémentaire. Dans la zone de meulage de précision, des robots de meulage entièrement automatisés affinent méticuleusement les têtes de soudure. Guidés par des systèmes laser, les bras robotiques exécutent des mouvements précis, générant des cascades d’étincelles dorées lorsque les meules entrent en contact avec les cordons de soudure. "Notre objectif est d'atteindre zéro excès de matériau de soudure, en garantissant que le profil géométrique de la tête de soudure corresponde parfaitement au rail d'origine", explique le technicien sur site Yu Runze. Le système de meulage intelligent utilise un balayage laser 3D pour identifier automatiquement les contours de soudure, ajustant dynamiquement les trajectoires de meulage pour éviter un meulage excessif tout en garantissant qu'aucune zone n'est oubliée. Auparavant, cette tâche reposait entièrement sur le fonctionnement manuel de la meule, caractérisé par une intensité de travail élevée, de mauvaises conditions de travail et un contrôle qualité incohérent. Aujourd'hui, l'intégration de « fraiseuses CNC et de robots de meulage entièrement automatisés » permet la collaboration homme-machine-, augmentant ainsi l'efficacité de 15,4 %.

Trois tests stricts avant approbation

Les rails soudés sont soumis à une inspection rigoureuse. Au poste de détection des défauts, le technicien Tu Aibing scanne méticuleusement la surface de la tête de soudure avec une sonde à ultrasons, les yeux fixés sur les fluctuations de la forme d'onde de l'écran. "Nous appliquons une norme sans compromis : toute forme d'onde indique un rejet", déclare Tu. Les tests par ultrasons révèlent des défauts internes invisibles à l’œil nu. La combinaison de l’inspection automatisée et de la vérification manuelle garantit l’absence de dommages internes ou de défauts cachés dans chaque joint soudé. En réussissant ce test, les joints subissent ensuite le test de chute de marteau plus rigoureux. Un marteau en fer d'une-tonne frappe le joint soudé d'une hauteur de 5,2 mètres. «Cela simule les conditions de stress les plus extrêmes lors du passage du train», explique l'ingénieur qualité Li Wei. « Les têtes de soudure doivent résister à trois impacts puissants consécutifs sans se briser pour obtenir leur « certificat de qualification d'usine », a expliqué l'ingénieur qualité Li Wei.

Dans la section finition, les inspecteurs qualité effectuent les contrôles finaux à l’aide de jauges électroniques. Ici, chaque tête de soudure doit passer trois étapes critiques : l'inspection visuelle, la détection spécialisée des défauts et la vérification du produit fini. "Nous avons mis en place un système de contrôle à trois -niveaux-couvrant l'auto-inspection-les contrôles mutuels aux postes de travail, la ré-inspection sectionnelle et l'échantillonnage en atelier-pour garantir institutionnellement la conformité à 100 % des joints soudés", a déclaré Zhang Hanfang, directeur de l'atelier de soudage des rails de cette installation.